超临界流体（SCF）广泛应用于工程技术领域,其流动传热特性对工程设计十分重要。例如,传热恶化会导致材料壁温严重超温,换热器大压降会导致循环效率降低,以及流动不稳定会引起设备热疲劳破坏或传热变差等。但由于SCF物理微观和宏观行为机理尚不清晰,所以相关问题并未得到很好的解决。按照传统热力学思路,SCF是均匀的单相流体,但最近的研究表明,当穿过Widom线（WL）时,其在微观和宏观上均存在类气和类液之间的转换,并不是均匀的。而与之相关的“类沸腾”现象还未引起足够的重视,“类沸腾”机理也没有被充分揭示。本文在SCF对流传热“类沸腾”框架下,围绕超SCF垂直管内向上加热流动过程中的传热特性、流动压降、以及流动不稳定性三个方面展开研究,阐述“类沸腾”作用流动传热机制,并提出新的无量纲数对其定量分析。在传统SCF对流传热理论框架下,重新审视浮升力和流动加速效应对流动传热的影响,通过分析实验数据发现,浮升力和流动加速效应不足以揭示SCF对流传热机理。基于此,本文在SCF对流传热“类沸腾”框架下进行理论分析,引入多参数系统ππ定理准则,通过对流场和温度场分析,提出了 13个无量纲准则数,进一步筛选出两个重要的无量纲数,即速度数和气膜温度梯度数,前者表征近壁区气膜生长速度和主流流速的抗衡,后者表征近壁区气膜内的温度梯度大小。大的速度数表明类气膜在近壁区生长较快,热量在近壁区聚集,而大的气膜温度梯度数表明类气膜内存在较大的温度梯度,这使类气膜覆盖在壁面上,并充分膨胀,最终导致传热恶化,这个过程和亚临界偏离核态沸腾类似。将超临界压力和亚临界压力之间的传热类比,提出超临界沸腾数（SBO）,定性地表示气膜生长过程中受到的动量力和惯性力相对大小。新提出的无量纲数较好的诠释了“类沸腾”诱导传热恶化机制,揭示了 SCF传热恶化和亚临界偏离核态沸腾之间的相似性,为SCF“类沸腾”传热理论研究提供了依据。对垂直加热管内超临界CO2（sCO2）强制对流换热过程中的传热恶化起始点和局部壁温分布特性进行了实验研究,管径分别为8 mm、10 mm和12 mm。采用SBO预测不同SCF传热恶化起始点,三个管径下的sCO2传热恶化临界值约为5.126×10-4,管径对传热恶化起始点没有影响,但对传热恶化程度有影响,管径越大,壁温越高。将CO2传热恶化起始点判断准则推广到H2O、R134a和R22,三种工质的SBO临界值分别为2.018×10-4、1.653×10-4和1.358×10-4,保证了不同SCF用于相关动力循环中的安全。实验还发现,以主流温度为定性温度的普朗特数Pr对SCF传热过程影响很重要。依据“类沸腾”作用SCF传热恶化机制,提出一个可以预测SCF局部壁温峰值位置和飞升值的新方法。此外,研究了sCO2强制对流换热过程中的壁温多峰现象,这是由于局部蒸发动量力和局部惯性力沿管道方向交替支配,导致了气膜厚度和壁温的振荡。近年来,对SCF通道内的传热性能关注比较多,流动压降特性报道相对较少。对于SCF的流动阻力研究,通常是考虑物性对其影响,但对传统的等温流体经验关联式简单的修正不是有效的方法。本文通过实验调查了高温、高压下,sCO2在垂直管内向上流动过程中的流动压降特征。实验结果发现,当穿过临界SBO时,传热和摩擦因子均呈现出两种区域分布,即正常传热下的摩擦因子较小,传热恶化下的摩擦因子较大,导致这种现象的主要原因是传热恶化发生后,气膜膨胀,局部变厚,对核心区的类液流体形成了类似孔板节流效应,从而引入了额外的压降。提出了一个SCF传热与摩擦压降的新比拟准则,通过K数联系了传热与摩擦压降,K数越大,表明气膜越厚,传热恶化越严重,节流效应越明显,摩擦压降越大。提出了预测摩擦因子的新关联式,不仅适用于正常传热,而且适用于传热恶化。虽然超临界压力下的流体不存在气、液一级相变,但穿过类临界温度时,仍可区分为类气和类液两种不同特性的流体,使其发生不稳定流动。本文通过实验研究了 sCO2在垂直加热单管内的流动不稳定现象,根据流动传热特征和通道内的出口温度Pb,out与类临界温度Ppc相对大小关系,将流动传热过程归纳为5种类型,提出了表征轴向密度不均匀程度大小的无量纲密度数ρ*,发现了稳定边界,解释了流动不稳定发生机理。实验观察到的sCO2流动不稳定仅发生在传热恶化,且出口温度靠近和大于类临界温度Ppc时,流动不稳定与“类沸腾”传热有关。当气膜在近壁区充分膨胀时,气膜覆盖在近壁区,管道上游形成一个主要由重相类液流体占据的空间,而当出口温度靠近和大于类临界温度时,管道的下游形成一个由轻相类气流体占据的空间,这类似一个气塞。较大的轴向密度差使气塞不能稳定的在出口处流动,被上游的类液流体推出管外,产生一个较大的压力脉冲,并进入整个系统,此时传热恶化变得更严重,流动不稳定发生。当传热逐渐恢复,气塞重新占据出口位置。当流量和压降波动相位差为90°时,流动不稳定保持不变。